Hydratace propylenu: reakční rovnice

Organické záležitosti zaujímají v našem životě důležité místo. Jsou to hlavní složka polymerů, které nás obklopují všude: jedná se o plastové tašky a gumu, stejně jako mnoho dalších materiálů. Polypropylen není posledním krokem v této řadě. Je také součástí různých materiálů a používá se v řadě průmyslových odvětví, např. Ve stavebnictví, má domácí použití jako materiál pro plastové kelímky a jiné malé (ale nikoliv výrobní) potřeby. Předtím, než mluvíme o procesu hydratace propylenu (díky němuž můžeme získat isopropylalkohol),

Historie

Jako takový, datum objevu nemá propylen. Nicméně, jeho polypropylen, byl objeven v roce 1936 slavným německým chemikem Otto Bayer. Samozřejmě, bylo teoreticky známo, jak by člověk mohl získat tak důležitý materiál, ale prakticky to nebylo možné. To se podařilo pouze v polovině dvacátého století, kdy německý a italské chemiků a Ziegler Nutt otevřel nenasycený uhlovodík polymeračního katalyzátoru (který má jednu nebo více dvojných vazeb), který je následně i pojmenované: Ziegler-Nattových katalyzátorů. Až dosud bylo naprosto nemožné provést polymerizační reakci takových látek. Byly známy polykondenzační reakce, kde se bez účinku katalyzátoru látky spojily do polymerního řetězce, čímž vznikl vedlejší produkt. Ale s nenasycených uhlovodíků to nemohlo být provedeno.

Dalším důležitým procesem spojeným s touto látkou byla jeho hydratace. Propylén v letech jeho použití byl spousta. A to vše díky vynálezům různých společností zabývajících se zpracováním ropy a zemního plynu, způsobu vytvrzování propenu (někdy se také nazývá popsaná látka). Krakování ropy byl vedlejší produkt, a když se ukázalo, že její derivát, isopropylalkohol, je základem pro syntézu mnoha užitečných látek pro lidstvo, mnoho společností, jako je například BASF, patentovaný způsob jejich výroby a zahájila masivní obchod v této souvislosti. Hydratace propylenu se testuje a aplikuje se před polymerací, proto se před polypropylenem začal vyrábět aceton, peroxid vodíku, isopropylamin.

Proces separace propenu z oleje je velmi zajímavý. Je mu to, že se teď obracíme.

Izolace propylenu

Ve skutečnosti je v teoretické interpretaci hlavní metodou pouze jeden proces: pyrolýza ropy a souvisejících plynů. Technologické realizace jsou však jen moře. Faktem je, že každá společnost se snaží získat jedinečný způsob a chránit jeho patent a jiné podobné podniky jsou také hledá pro své vlastní způsoby, jak se stále vyrábí a prodává propenu jako surovina nebo přeměnit ji na celou řadu produktů.

Pyrolyza ("pyro" - oheň, "lýza" - destrukce) je chemický proces rozpadu složité a velké molekuly na menší skupiny za působení vysoké teploty a katalyzátoru. Olej, jak je známo, je směs uhlovodíků a sestává z lehkých, středních a těžkých frakcí. Z prvního, nejvíce nízkomolekulárního, a dostat propen a ethan v pyrolýze. Provádějte tento proces v speciálních troubách. V nejpokročilejších výrobců procesní technologie se liší: některé písek se používá jako chladivo, na druhé straně - křemen, a další - může být také rozdělena koks- pec ve své struktuře: jsou trubkovité a konvenční, jak se jim říká reaktory.

Ale proces pyrolýza produkuje dostatek čisté rekvizitu, as, na rozdíl od něj je vytvořena nesčetné množství uhlovodíků, které pak musí dělit poměrně energeticky náročné způsoby. Proto k získání čistší látky pro následnou hydrataci se používá také dehydrogenace alkanů: v našem případě propanu. Stejně jako polymerace se výše uvedený proces prostě nestane. Odštěpení vodíku z molykuly konečného uhlovodíku se objevuje pod vlivem katalyzátorů: oxid trojmocného chrómu a oxidu hlinitého.

No, než se podíváme na to, jak probíhá hydratační proces, podívejme se na strukturu našich nenasycených uhlovodíků.

Vlastnosti struktury propylenu

Propen je sám o sobě pouze druhým členem řady alkenů (uhlovodíků s jednou dvojnou vazbou). Svojí lehkostí je druhým pouze ethylen (z něhož, jak se můžete domnívat, vyrábí polyethylen - nejvíce masový polymer na světě). V obvyklém stavu je propenový plyn, podobně jako jeho "příbuzný" z alkanové skupiny, propan.

Ale podstatný rozdíl mezi propanem a propenem spočívá v tom, že má ve své složení dvojitou vazbu, která podstatně mění své chemické vlastnosti. Umožňuje připojit další látky k molekule nenasycených uhlovodíků, což vede ke sloučeninám s úplně jinými vlastnostmi, často velmi důležitými pro průmysl a každodenní život.

Je čas promluvit si o teorii reakce, která je ve skutečnosti věnována tomuto článku. V další části se dozvíte, že při hydrataci propylenu se vytváří jeden z nejdůležitějších průmyslově důležitých produktů, jak se tato reakce objevuje a jaké nuance jsou.

Teorie hydratace

Nejprve se zaměříme na obecnější proces - solvatace - která zahrnuje také reakci popsanou výše. Tato chemická transformace, která spočívá v připojení molekul rozpouštědla k molekulám rozpuštěné látky. V tomto případě mohou vytvářet nové molekuly nebo takzvané solváty, - částice sestávající z molekul rozpuštěné látky a rozpouštědla, spojených elektrostatickou interakcí. Zajímáme se pouze o první druhy látek, ve skutečnosti, když hydratační propylen, je to hlavně tento výrobek, který je tvořen.

Při solvatování způsobem popsaným výše jsou molekuly rozpouštědla připojeny k rozpuštěné látce, získá se nová sloučenina. V organické chemii hydráty převážně produkují alkoholy, ketony a aldehydy, ale existuje i několik dalších případů, například tvorba glykolů, ale nedotýkáme se nich. Ve skutečnosti je tento proces velmi jednoduchý, ale současně je to docela složité.

Hydrační mechanismus

Dvojná vazba, jak je známa, se skládá ze dvou typů sloučenin: pi a sigma. Pi-vazba v hydratační reakci je vždy nejprve zlomena, protože je méně silná (má nižší vazebnou energii). Když se rozpadne, dvě volné orbitaly se tvoří u dvou sousedních atomů uhlíku, které mohou vytvářet nové vazby. Molekula vody, která existuje v roztoku ve formě dvou částic: hydroxidový iont a proton, je schopna spojení přes rozbitou dvojnou vazbu. V tomto případě je hydroxidový iont připojen k centrálnímu atomu uhlíku a proton k druhému, extrémnímu. Při propenové hydrataci se tudíž převažuje tvorba propanolu 1 nebo isopropylalkoholu. To je velmi důležitá látka, protože když je oxidována, můžete získat aceton, masivně používaný v našem světě. Řekli jsme, že se tvoří hlavně, ale není to tak úplně tak. Musím to říci: jediný produkt se vytváří při hydrataci propylenu a to je isopropylalkohol.

To samozřejmě všechny jemnosti. Ve skutečnosti je vše mnohem jednodušší. A teď se dozvídáme, jak školní kurz zaznamenává proces, jako je hydratace propylenu.

Reakce: jak se to stane

V chemii se vše obvykle nazývá jednoduše: pomocí reakčních rovnic. Takže chemická transformace látky, která je předmětem diskuse, může být popsána tímto způsobem. Hydratace propylenu, reakční rovnice což je velmi jednoduché, prochází ve dvou etapách. Nejprve poruší pi-link, který je součástí dvojitého. Pak molekula vody ve formě dvou částic, hydroxid-anion a kation vodíku, přichází k molekule propylenu, který má v současné době dvě volné místa pro tvorbu vazeb. Hydroxidový iont vytváří vazbu s méně hydrogenovaným atomem uhlíku (tj. S jedním, ke kterému je připojen menší počet atomů vodíku) a proton s příslušným zbývajícím extrémem. Získáme tedy jediný produkt: omezení monohydric alkohol isopropanolu.

Jak zaznamenat reakci?

Nyní se dozvídáme, jak napsat chemickou reakci, která odráží proces, jako je hydratace propylenu. Formula, který přijde vhod: CH₂ = CH-CH₃. Toto je vzorec výchozí látky - propenu. Jak je vidět, má dvojitou vazbu označenou "=", a na tomto místě je voda připevněna při hydrataci propylenu. Reakční rovnice může být napsána jako: CH₂ = CH-CH₃ + H₂O = CH₃ - CH (OH) -CH₃. Hydroxylová skupina v závorkách znamená, že tato část není v rovině vzorce, ale nižší nebo vyšší. Zde nemůžeme ukázat úhly mezi třemi skupinami, které se odchylují od průměrného atomu uhlíku, ale říkáme, že jsou přibližně stejné a navzájem činí 120 stupňů.

Kde to platí?

Již jsme řekli, že látka získaná během reakce se aktivně používá k syntéze dalších látek, které jsou pro nás životně důležité. Má velmi podobnou strukturu jako aceton, který se liší pouze tím, že místo hydroxoskupiny existuje keto skupina (to znamená atom kyslíku spojený dvojnou vazbou s atomem dusíku). Jak je známo, aceton samotný se používá v lacích a rozpouštědel, ale kromě toho, že se použije jako reakční složka pro další syntézu složitějších látek, jako jsou polyurethany, epoxidové pryskyřice, acetanhydridu a tak dále.

Reakce pro výrobu acetonu

Domníváme se, že by bylo nadbytečné popsat konverzi isopropylalkoholu na aceton, zejména proto, že tato reakce není tak složitá. Nejdříve se propanol odpaří a při 400 až 600 ° C dochází k okysličování speciálního katalyzátoru. Velmi čistý produkt se získá reakcí stříbrné mřížky.

Reakční rovnice

Nebudeme jít do podrobností o mechanismu reakce oxidace propanolu na aceton, protože je velmi složitý. Omezujeme se na obvyklou chemickou transformační rovnici: CH₃ - CH (OH) -CH₃ + O₂ = CH₃ - C (O) -CH₃ + H₂O. Jak vidíte, vše je na schématu poměrně jednoduché, ale stojí za to vykopnout proces a budeme čelit řadě potíží.

Závěr

Tak jsme rozložili proces hydratace propylenu a studovali rovnici reakce a mechanismus jejího toku. Uvažované technologické principy jsou základem reálných procesů, které se vyskytují ve výrobě. Jak se ukázalo, nejsou příliš složité, ale mají skutečný přínos pro náš každodenní život.